Produktkühlung mittels Eis-Wärmestoffübertragung

Produktkühlung beispielhaft Fischkühlung mit Brucheis von -0.5°C nahe dem Gefrierpunkt

Die Kühlung von Fisch und Fischnebenprodukten ist von großer Bedeutung, um die Gesundheit des Verbrauchers zu schützen und aufrechtzuerhalten. Daher müssen sie bestimmte Anforderungen erfüllen, die für die menschliche Ernährung wichtig sind. 
Im Rahmen der Verarbeitung von Fischrohstoffen spielt die Kühlkette eine entscheidende Rolle für den Fang, das Ausnehmen, Waschen und Verarbeiten dieser Produkte in verschiedenen Handelsformen. Dies führt zu einer verbesserten Produktqualität, zum Nutzen und zur Zufriedenheit der Verbraucher.

Funktionsprinzips eines Hydrokühlers

Eine Anschauung, wie effizient und automatisch Produkte wie Obst, Gemüse, Fleisch, Fisch, Fertiggerichte oder Soßen am Fließband mittels von "berieselndem" Eiswasser gekühlt werden können

  • Eiswasserkühlung ist 15-mal schneller als die Luftkühlung
  • Farbe und Frische bleiben erhalten, die Produkte trocknen nicht aus
  • effizienter und prozesssicherer Betrieb - auch bei Produktkerntemperaturen von 1°C

Methodik

Um den Prozess der Fischkonservierung in der Lebensmittelindustrie zu verstehen, müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:

1. Die chemische Zusammensetzung und der Nährwert der hydrobiologischen Ressource, einschließlich Vitaminen, Proteinen und Mineralien.

2. Qualitätsparameter wie Geschmack, Geruch, Struktur und Konsistenz des Fleisches sowie das Aussehen in Form, Farbe und Attraktivität des behandelten Fisches.

3. Der Frischegrad des Fisches nach dem Fang und die anschließende Lagerung.

4. Die bevorzugte Art der Verarbeitung des Fisches. Fisch ist ein sehr verderbliches Lebensmittel und erfordert daher eine angemessene Behandlung vom Fang bis zum Verzehr oder zur industriellen Verarbeitung. Die Art und Weise, wie der Fisch in diesem Zeitraum behandelt wird, hat einen direkten Einfluss auf die Intensität der Veränderungen, die auf drei Hauptursachen zurückzuführen sind: enzymatische Aktivität, oxidativer Abbau der Fette und das Wachstum von Mikroorganismen. Daher ist es wichtig, angemessene Kühlungsmethoden zu verwenden, um den Fisch frisch und qualitativ hochwertig zu halten.

Die Geschwindigkeit, mit der jeder dieser Prozesse während der Zersetzung des Fisches abläuft, hängt sowohl von den Prinzipien der Lebensmittelkonservierung als auch von der Fischart und den Fangmethoden ab. Eine präzise Definition dieser Parameter trägt zur Qualität und zum Handelswert der hydrobiologischen Ressourcen bei.

Zusammensetzung des Fischfleisches: Wenn es um die Zusammensetzung von Lebensmitteln geht, kann man über die Gesamtzusammensetzung oder die Zusammensetzung einzelner Teile sprechen, insbesondere der am häufigsten verwendeten Teile. In Bezug auf den prozentualen Anteil des Fleisches am Gesamtgewicht des Fisches ist anzumerken, dass wir sowohl Muskeln des Körpers als auch Bindegewebe, Fettgewebe, Blut- und Lymphgefäße sowie einige kleine Gräten oder intramuskuläre Gräten als Fleisch betrachten. Im Durchschnitt macht das Fleisch rund die Hälfte der Gesamtmasse des Fisches aus.
 

Methoden zur Konservierung der Fischqualität

Alle Methoden zur Fischkühlung zielen darauf ab, Gewebefermente zu inaktivieren und Mikroorganismen zu zerstören. Unter dem Gesichtspunkt der Einwirkung auf die hydrobiologische Ressource können alle Kühlmethoden unterteilt werden in:

1. Physikalisch: Kälte, Wärme, ultraviolette und infrarote Strahlen, Ultraschall, Kühlung, Gefrieren, Trocknen, usw.

2. Chemisch: chemische Substanzen (Konservierungsmittel), die für den menschlichen Organismus ungefährlich sind und dem Fisch neue organoleptische Eigenschaften verleihen (Geschmack, Geruch, Farbe, Konsistenz), Konservierung durch Natriumchlorid NaCl, Marinieren (Essigsalz oder Essig), Räuchern (Verarbeitung mit phenol- und säurehaltigem Rauch), zugelassene Antiseptika (Benzoesäure, Natriumbenzoat, usw.), und Antioxidantien (Ascorbinsäure, Natriumglutamat, Zitronensäure).

3. Biochemisch: Biochemische Methoden basieren auf der Verwendung biologisch aktiver Substanzen mit bakteriostatischer und bakterizider Wirkung (Antibiotika), sowie Enzymen und Mikroorganismen, die spezifische Geschmacks- und Aromaverbindungen bilden (Reifung von gesalzenem Fisch, Herstellung von Konserven usw.).

4. Kühlung: Die Kühlung wird durchgeführt, um die Haltbarkeit des Rohmaterials zu verlängern, ohne seine Eigenschaften und Qualität grundlegend zu verändern. Beim Kühlen wird die Temperatur des Fisches schnell auf einen Wert nahe dem Kryoskopiepunkt gesenkt (die Temperatur, bei der das Wasser im Fischgewebe beginnt, vom flüssigen in den festen Zustand überzugehen). Die optimale Temperatur für Süßwasserfische liegt zwischen -0,5 ºC und -1,5 ºC, für Salzwasserfische zwischen -0,8 ºC und -2,2 ºC. Für technologische Berechnungen wird die Temperatur oder der Kryoskopiepunkt auf -1,0 ºC festgelegt.

Um die Qualität von hydrobiologischen Produkten zu bewahren und Verderb zu verhindern, ist es wichtig, die Zeit zwischen dem Fang des Fisches und dem Beginn seiner Kühlung so kurz wie möglich zu halten und diesen Prozess möglichst schnell durchzuführen. Die Verwendung von Eis ist die gängigste Methode zur Kühlung und Aufrechterhaltung der Qualität von frischem Fisch. Durch die Verwendung von Eis wird die Temperatur gesenkt, die biochemischen und mikrobiellen Auswirkungen verringert und die Haltbarkeit des Fisches verlängert.

Bei diesem Konservierungsverfahren werden sie in Abhängigkeit von der für die Lagerung erforderlichen Zeit präsentiert:

1) Für kurze Zeiträume sollten die folgenden Formen von Eis je nach Größe und Form des Fisches verwendet werden:
- Scherbeneis oder Brucheis: Moderne Methode der Eisproduktion, mit einer größeren Kontaktfläche, einer Dicke von 1,5 - 6 mm und einer Oberfläche von 2,5 - 5 cm². Es verursacht keine Schäden an den berührten Gegenständen.

2) Für längere Zeiträume wird die Gefrierkonservierung angewendet. Dabei wird das Wasser im Fischgewebe bei niedrigen Temperaturen eingefroren, um die Lagerzeit über einen längeren Zeitraum (in der Regel etwa 6 bis 12 Monate) zu verlängern, ohne die chemische Struktur des Produkts wesentlich zu verändern. Dies beinhaltet auch die Anwendung niedriger Temperaturen auf das Produkt, um das thermische Zentrum auf die Mindestlagertemperaturen zu bringen. Das thermische Zentrum ist der langsamste Kühlungsbereich. Beim Fisch gibt es keinen festgelegten Punkt, was auf das Vorhandensein von gelösten Feststoffen, die Art des gebundenen Wassers und den mittleren Radius zurückzuführen ist, der von der Form des Fisches abhängt.

Das Gefriervermögen wird bestimmt durch die Auswirkungen von:

- Flüssiges Wasser wird in Eis umgewandelt, wodurch jegliche enzymatische Aktivität gestoppt wird.

- Thermische Wirkung kühlt die behandelten Produkte auf Temperaturbereiche ab, in denen die biologischen Aktivitäten stark reduziert sind. Der Begriff "Gefrieren" bezeichnet die Umwandlung des flüssigen Zustands in Eis, während "Ultrafrostung" bedeutet, dass der Fisch so schnell wie möglich bei einer Temperatur unter - 18°C gefroren und unter dieser Temperatur gelagert wurde.

- Flüssigeis: System zur Behandlung des Rohmaterials
Eine neue Alternative ist Flüssigeis, eine Suspension aus einer Eislösung auf der Basis von kristallisiertem Wasser. Aufgrund einer größeren Wärmeaustauschfläche hat es eine höhere Kühlleistung als herkömmliche Methoden und übertrifft die Kühlleistung herkömmlicher Systeme um das 3- bis 5-fache. Die erste Generation der Flüssigeismaschinen hat sich in den letzten fünfundzwanzig Jahren nicht wesentlich verändert.
 

Bei der Herstellung von Eis haben wir die Effizienz im Vordergrund

Wir produzieren unser Eis zu der Hälfte der elektrischen Kosten einer konventionellen Trommeleismaschine!

Dafür produzieren wir Industrieplatteneis mit unseren indsutriellen Eismaschinen und einer Verdampfungstemperatur T0= -10°C, so dass Eis bei einer Temperatur von T= -0,5°C bis -1,0°C erzeugt.

Erst durch das Schmelzen des Eises wird die Wärme zur Kühlung des Wassers aus der Umgebung entnommen. Eis schmilzt bei einer Temperatur von 0°C zu Wasser und liefert 335 kj pro kg Eis.

Scherbeneises in konventionellen Trommelanlagen erreicht Temperaturen von bis zu T= -8°C und weist weitere Nachteile auf wie:

  • das Eis ist mit T= -8°C unterkühlt (Gefahr von Gefrierbrand)
  • das Eis hat Scharfe Kanten (Beschädigung des Endproduktes)
  • das Eis verklumpt und kann nicht einfach gehandhabt werden

Dieses unterkühlte Eis hat eine ca. 8% höheren Schmelzleistung – Leider haben diese konventionellen Trommeleisanlagen jedoch auch einen doppelten hohen Energieverbrauch: 

Wir konzentrieren uns auf die höchste Kühlleistung bei minimalem Energieeinsatz, so ist es völlig unerheblich ob Eis bei T= -0,5°C oder bei T= -8°C hersgetsellt wird, die größte Wärmeübetragung findet bei 0°C mit  335 kj/kg statt!

Energieeinsparung unserer Industrie-Eismaschinen

Herstellungskosten von unserem Eis und Trommel-Eismschinen-Eis

Energiekostenvergleich zwischen einer industriellen Eismaschine und eines herkömmlichen Trommelsystems
Beispiel: 30 to Eis / Tag


Erforderliche Kälteleistung inklusive Verluste: ca. 150 kWref
Elektrische Leistung für den Antrieb der Kältemaschine:
-30 / 35 °C mit COP = 1,8 Pel = 84 kWel – Trommelanlage-Scherbeneis
-10 / 35 °C mit COP = 3,6 Pel = 42 kWel – BUCO Ice Pack
Zusätzliche Antriebe: 6 kW
Preis für Strom: 0,15 € / kWhel
Betriebskosten bei -30 °C: 324 € / Tag oder 11 € / Eis – Trommel-System
Laufende Kosten bei -10 °C: 173 € / Tag oder 6 € / Eis – BUCO Ice Pack
Ersparnis: 151 € / Tag
für 300 Tage Produktion: 45.300,- € / Jahr Einsparung von Stromkosten

Ergebnisse

Die Verbesserung der Kenntnisse über die Nutzung der Kühlkette zur Gewinnung von Fischrohstoffen von hervorragender Qualität ist entscheidend. Ebenso wichtig ist die Gewährleistung der Sicherheit und der sensorischen Qualität von gekühltem Frischfisch mit längerer Haltbarkeitsdauer in Vitrinen sowie von verarbeitetem und gefrorenem Fisch mit Mehrwert im Handel. Es ist von großer Bedeutung, gute Verarbeitungspraktiken in die Verarbeitung und den Fang einzubeziehen. Akademische Einrichtungen sollten die Nutzung der Kühlkette stärker in den Vordergrund rücken und qualifizierte Fachkräfte für industrielle und halbindustrielle Kühlsysteme ausbilden.
 

Schlussfolgerungen

Die Kühlkette ist derzeit eine der wirksamsten Konservierungstechnologien, um bei der Lagerung und Vermarktung von hydrobiologischen Erzeugnissen über kurze und lange Zeiträume ein ausgezeichnetes Produkt zu gewährleisten. Alle Methoden der Fischkonservierung zielen auf die Inaktivierung von Gewebeenzymen und die Zerstörung von lebenden Mikroorganismen ab. Unter dem Gesichtspunkt der Wirkung auf die hydrobiologischen Ressourcen können alle Konservierungsmethoden in physikalische, chemische und biochemische unterteilt werden. Die Kühlung dient dazu, die Haltbarkeit des Rohmaterials zu verlängern, ohne seine Eigenschaften und Qualität grundlegend zu verändern. Die optimale Temperatur für Süßwasserfische beträgt zwischen -0,5 °C und -1,5 °C, und für Salzwasserfische zwischen -0,8 °C und -2,2 °C. Für technologische Berechnungen wird der kryoskopische Punkt der Temperatur oder -1,0 °C verwendet. Für kurze Zeiträume sollten Scherben-Eis oder Brucheis verwendet werden, während für längere Zeiträume die Konservierung durch Einfrieren empfohlen wird, um das Fischgewebewasser einzufrieren und die Lagerzeit erheblich zu verlängern.
 

Kundenfragen und Anwendungsfälle im Bereich Produktkühlung: